Advanced High-Entropy Halide Solid Electrolytes Enabling High-Voltage, Long-Cycling All-Solid-State Batteries

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作者
Ye Yu,Zhi Gu,Jiazhong Geng,Kangdi Niu,Pengcheng Yu,Yu Zhou,Junhao Lin,H. J. Woo,Yizhou Zhu,Jiayu Wan
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (10): 3747-3755 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c05460
摘要

Stable solid electrolytes are essential for advancing the safety and energy density of lithium batteries, especially in high-voltage applications. In this study, we designed an innovative high-entropy chloride solid electrolyte (HE-5, Li2.2In0.2Sc0.2Zr0.2Hf0.2Ta0.2Cl6), using multielement doping to optimize both ionic conductivity and high-voltage stability. The high-entropy disordered lattice structure facilitates lithium-ion mobility, achieving an ionic conductivity of 4.69 mS cm–1 at 30 °C and an activation energy of 0.300 eV. Integration of HE-5 into all-solid-state batteries (ASSBs) with NCM83 cathodes and a Li–In anode enables outstanding electrochemical performance, sustaining 70% capacity retention over 1600 cycles at a 4 C rate. Moreover, the high configurational entropy stabilizes the electrolyte’s structure at elevated voltages, enabling stable operation at 5.0 V without significant degradation. Our work presents the dual advantages of high-entropy engineering in boosting high ionic conductivity and voltage stability, providing a broad roadmap for next-generation energy-dense ASSBs.
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